盐渍土改造区土壤养分的时空变异性研究

在第二次全国土壤普查的基础上,于2002年10月对研究区域———河北省曲周县的耕地进行了全面的调查和分析,并将GPS、GIS技术应用到耕地质量调查工作中。研究结果表明:随着盐碱地综合治理的深入、外源物投入数量的增加和质量的改进、作物布局的调整,盐渍土改造区土壤养分在时间和空间上发生了很大的变化。在时间上,耕层土壤有机质平均含量从8.4 g kg-1增加到13.89 g kg-1,全氮平均含量达到0.937 g kg-1,速效磷平均含量从5.45 mg kg-1增加到23 mg kg-1,速效钾含量从34~285 mg kg-1之间逐步变化为67~191 mg kg-1之间的高肥力农业土壤;在空间上,土壤养分的分布与养分的地球化学过程、农业产业结构布局及采用的相应措施有密切关系。主要表现在:土壤有机质、全氮及速效磷含量随着农业集约化程度的提高、外源物质投入的增加而相应增加;土壤速效钾含量则由原来的随地球化学过程而变化,转变为随着农业集约化程度的提高而相应变化。     

云南省宜良县26年来耕地土壤养分状况及变化特征

2006年宜良县土壤养分调查结果表明:全县耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为32.41g kg-1、1.77 g kg-1、128.4 mg kg-1、35.5 mg kg-1、161.7 mg kg-1,与1980年相比较,水稻土有机质、速效磷、速效钾含量分别增加了1.61 g kg-1、13.0 mg kg-1、87.0 mg kg-1,旱地土分别增加了3.75 g kg-1、21.3 mg kg-1、162.8 mg kg-1。然而,汤池镇、耿家营乡和竹山乡的水稻土有机质含量,耿家营乡和狗街镇的旱地土有机质含量,南羊镇旱地土速效磷含量与1980年相比都发生了不同程度的减少。     

东北黑土区土壤肥力变化特征的分析

黑土区土壤肥力一直是人们关心的问题。通过选择在黑土区典型县份-德惠市的调查表明,耕地土壤有机质、全氮、有效磷与1980年相比较,分别增加了3.2g kg-11,0.11 g kg-1和5.70 mg kg-1,但有效钾下降了33.3 mg kg-1。土壤中有机质2003年盈余量48.7kg hm-2,氮15.07 kg hm-2,磷25.35 kg hm-2;钾亏损量170.62 kg hm-2。笔者认为,单纯从土壤营养管理角度看,目前黑土区耕地土壤肥力状况似乎没有想象的那么坏。但已有的研究也表明,黑土区耕地肥力的变化与现行的耕作制度有很大的关系。     

利用高光谱估算博斯腾湖西岸湖滨绿洲土壤有机质含量

以新疆博斯腾湖西岸湖滨绿洲为研究区,利用实测的土壤有机质含量与高光谱数据,通过多元逐步回归与偏最小二乘回归法分别构建反演土壤有机质含量估算模型.结果表明:(1)研究区土壤有机质含量变化范围为5.09～44.00 g·kg-1,均值为16.87 g·kg-1,变异系数为44.69％,呈中等变异;土壤有机质含量与土壤光谱反...     

江苏省土壤有机质含量时空变异特征及驱动力研究

土壤有机质(SOM)含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力的重要指标,研究SOM时空演变对评估区域土壤固碳潜力,实现土壤可持续利用具有重要意义。以江苏省为例,利用全国第二次土壤普查资料和2006年采样数据,基于地统计学方法和GIS技术,对比研究了1980-2006年全省范围内表层(0~20 cm)SOM含量的时空变异特征及其驱动因子。结果表明:1980年和2006年江苏省SOM平均含量分别为16.55±8.50 g kg-1和18.31±8.32 g kg-1,变异系数分别为51.36%和45.44%。两个时期SOM的变异函数均符合指数模型,块金系数由51.85%增加为56.52%,变程由71.55 km减少至37.83 km,SOM含量的空间自相关性减弱,自相关距离减小。1980-2006年,SOM含量空间分布呈现出北增南减,沿江平原增,宁镇丘陵减,滨海平原基本持平的空间格局,增加幅度由北向南逐渐减小。SOM含量的初始值影响其空间格局的演变,总体上呈现初始SOM含量的高值降低、低值增加的趋势。肥料的大量使用在提高粮食产量的同时也增加了作物残茬和根系的生物量;秸秆还田的大力推行,使得大量的有机物质进入土壤,促进了SOM的累积。不同的土地利用变化对SOM含量变化的作用不同,土地利用方式转变成水田、旱地和林地促进了SOM的增加,而转变成荒地后导致SOM含量下降。     

渭-库三角洲绿洲不同连作年限棉田土壤理化特征分析

研究了渭-库三角洲绿洲连作5、10、15、20、25 a的棉田土壤颗粒组成、p H、盐分、有机质等理化特征。结果表明:(1)连作15 a土壤黏粒含量最高,连作20 a最低;连作15 a粉粒含量最高,连作25 a最低;连作25 a砂粒含量最高,连作15 a最低。(2)连作10 a土壤盐分含量最高为8.07 g kg-1,连作15 a最低为5.68 g kg-1;随连作年限的增加,土壤趋向硫酸盐型盐渍化发展;土壤p H值波动不大,土壤呈微碱性或碱性。(3)连作15 a土壤有机质含量最高为12.65 g kg-1,连作5 a最低为8.46 g kg-1;全氮连作5~15 a略有增加,连作15~25 a有所减小;全磷连作20 a最低为0.82 g kg-1,连作10 a最高为1.12 g kg-1;全钾连作5~10 a明显增加,连作15~20 a明显减小,连作20 a之后又增加。(4)土壤粒度、盐分、有机质、全氮的变化基本表现为棉田连作15 a较明显,因此,在研究区棉田最适宜的连作年限为15 a,棉田连作15 a后,会导致土壤砂粒含量增多、含盐量增加、硫酸盐类盐渍化增强、p H值提高、有机质含量降低,使得养分含量失衡、肥力下降,从而影响到棉花产出和效益。     

基于农户微观视角下的耕地土壤有机质时空演变规律研究

对耕地土壤有机质含量变化规律的研究是破解耕地土壤肥力变化规律及其效应的关键。本研究基于野外高密度土样采集,综合运用地统计学和GIS相结合的分析方法,从农户微观视角出发,研究了沈阳市典型区域30 a来在农户土地利用行为影响下土壤有机质含量时空变异特征。研究结果表明:研究区耕地土壤有机质含量受农户土地利用方式、程度和投入强度的变化影响较大。1980~2000年,由于受投资能力、技术水平和管理水平等的限制,加上对耕地的掠夺性经营,导致耕地土壤有机质含量整体呈现下降趋势,有机质含量平均值从30.88 g kg-1下降到22.63 g kg-1,下降了8.25%;随着城镇化进程的加快,在利益的驱使下,农户将劳动力逐渐转移到非农生产中,不愿意从事种植业,耕地培肥被忽视,管理投入大幅度减少,造成耕地土壤肥力供求失衡,地力下降,从2000~2010年整个研究区域土壤有机含量平均值从22.63 g kg-1下降到20.07 g kg-1。空间上,由于受区域社会经济及政策因素压力的影响,农户土地利用行为产生明显的分化,导致离市区越近,土壤有机质下降的幅度越大,离市区越远,下降的幅度越小,甚至远郊区部分区域出现上升趋势。     

太行山山麓平原30年间土壤养分与供肥能力变化

采用大面积土壤养分定位监测和肥料定位试验相结合的方法,研究了太行山山麓平原17个县851个点在1978—2008年的土壤养分动态变化及1996—1999年、2010—2012年两时段土壤供肥能力的变化。研究结果:1978—2008年间,太行山山麓平原冬小麦-夏玉米轮作区土壤有机质、全氮、有效磷的含量分别增加了7.67 g kg-1、0.31 g kg-1、17.77 mg kg-1;其中,1993—2008年间的变化量分别占1978—2008年间变化量总量的70.8%、60.0%、75.5%。土壤速效钾含量在1978—1993年间降低了16.45 mg kg-1,而在1993—2008年期间增加了14.40 mg kg-1。同时,土壤有机质、有效磷和速效钾含量的空间变异正在逐渐增加,土壤全氮含量的变化在逐渐减小。目前土壤供氮、磷、钾能力在冬小麦茬口分别为89.3%、84.6%、96.6%,较1996—1999年期间分别增加37.9、0.7、2.1个百分点;土壤供氮、磷、钾能力在夏玉米茬口分别为72.8%、90.2%、86.1%,比1996—1999年期间土壤供氮、磷、钾分别增加18.0、7.1、-4.8个百分点。土壤氮磷钾输入量超过作物需求量从而导致土壤有机质、有效磷和速效钾等肥力指标逐渐升高,作物产量对肥料养分的响应日趋迟钝,肥料利用率逐渐降低。     

东北黑土农田养分时空演变分析

通过东北黑土农田的广泛采样、化验分析,目前黑土农田有机质含量平均为33.9 g kg-1,全氮1.91 g kg-1,速效磷24.85 mg kg-1,速效钾159.95 mg kg-1。1979年~2002年期间黑土农田土壤有机质下降了3.76 g kg-1~4.14 g kg-1,平均每年下降0.16 g kg-1~0.18 g kg-1;而土壤速效磷含量大幅度上升,已是原来1979年的2倍以上,23年里土壤速效磷上升了12.66 mg kg-1~14.66 mg kg-1,平均每年上升0.55 mg kg-1~0.64 mg kg-1。认为土壤速效磷是过去的20多年里人为生产活动改变最大的肥力因子,其他土壤养分指标的空间分布有较明显的地带性,存在显著的空间变异,尤其是土壤有机质、全氮、碱解氮与地理纬度高程度相关,受气候等自然因素影响较大。     

近40年大兴区耕地土壤有机质时空变异特征及其影响因素

研究长时期的土壤有机质(SOM)时空动态变化规律对指导大都市边缘区耕地保护、农田土壤肥力提升和农业生产管理具有重要意义。通过综合运用GIS、地统计学与数据统计分析方法,研究北京市大兴区近40年来五个时期(1980、1990、2000、2006、2017)耕地SOM的时空变异特征,并对其影响因素进行定量分析。结果表明:近40年来大兴区土壤有机质的动态变化表现为短期下降但整体呈上升趋势,从1980年的Ⅴ级地为主到2017年以Ⅳ级地为主,土壤有机质含量均值从9.36 g kg-1上升到14.87 g kg-1,增加了58.87%;大兴区五个时期的土壤有机质含量变异系数范围为0.22～0.38,均属中等程度变异;五个时期SOM的块金系数C0/Sill分别为50.00%、45.45%、49.92%、43.19%和38.17%,说明随着时间推移区域耕地资源的本底因素引起的异质性愈占主导;SOM的空间最大相关距离在8.14～14.57 km范围内波动;大兴区耕地土壤有机质含量整体上升,其主要受到土壤质地、土壤类型、种植作物类型和人为耕作管理活动的影响。在未来的农田管理过程中,应改善土壤结构,施用有机肥,强化对农田土壤的有效管理,提高土壤肥力。     

江苏省土壤有机质含量时空变异特征及驱动力研究

土壤有机质(SOM)含量是估算土壤碳储量、评价土壤肥力的重要指标,研究SOM时空演变对评估区域土壤固碳潜力,实现土壤可持续利用具有重要意义。以江苏省为例,利用全国第二次土壤普查资料和2006年采样数据,基于地统计学方法和GIS技术,对比研究了1980 - 2006年全省范围内表层(0 ~ 20 cm)SOM含量的时空变异特征及其驱动因子。结果表明：1980年和2006年江苏省SOM平均含量分别为16.55 ± 8.50 g kg^-1和18.31 ± 8.32 g kg^-1,变异系数分别为51.36%和45.44%。两个时期SOM的变异函数均符合指数模型,块金系数由51.85%增加为56.52%,变程由71.55 km减少至37.83 km,SOM含量的空间自相关性减弱,自相关距离减小。1980-2006年,SOM含量空间分布呈现出北增南减,沿江平原增,宁镇丘陵减,滨海平原基本持平的空间格局,增加幅度由北向南逐渐减小。SOM含量的初始值影响其空间格局的演变,总体上呈现初始SOM含量的高值降低、低值增加的趋势。肥料的大量使用在提高粮食产量的同时也增加了作物残茬和根系的生物量;秸秆还田的大力推行,使得大量的有机物质进入土壤,促进了SOM的累积。不同的土地利用变化对SOM含量变化的作用不同,土地利用方式转变成水田、旱地和林地促进了SOM的增加,而转变成荒地后导致SOM含量下降。     

四川郫县土壤耕层有机质时空变异特征

在ArcGlS8.1软件系统平台上,通过分析四川郫县土壤耕层1981年93个样点和2002年46个样点的有机质含量,研究了该县有机质的时空变化特征。结果表明,郫县耕层土壤有机质平均含量从1981年的26.4gkg-1增加到2002年的28.2gkg-1。其区域变化差异为:东部略微下降,中部与西部增加。近21年来水稻土有机质平均含量仅少量增加,而黄壤则增幅明显。距成都市区的远近和推广秸秆还田程度是引起耕层土壤有机质含量时空变异的主要原因。     

丘陵红壤蔗区土壤有机质的时空变异特征

采用地统计学和GIS相结合的方法，研究了甘蔗连作19年(1980～1999年)的低丘陵红壤蔗区土壤有机质含量的时空变异特征。研究结果表明：由于土壤侵蚀和土地利用格局的影响，1980年的土壤有机质与地形坡度为极显著负相关。在长期甘蔗连作下，地形坡度对1999年的土壤有机质空间分布已没有影响，而有机肥施用的侧重方向使得土壤有机质与经纬度、海拔高度都有相关性。土壤有机质的时空变异与蔗区耕作管理的精细化程度有关，精细化程度高的高产蔗区的土壤有机质平均降幅为11％，而精细化程度低的低产蔗区土壤有机质则平均增幅为50％。大量施用源自甘蔗的有机肥已造成蔗区土壤养分的不平衡。     

Spatial distribution of soil organic matter in a coal mining subsidence area

ABSTRACT

Underground mining has caused drastic disturbances to regional ecosystems and soil nutrients. Understanding the three-dimensional (3D) spatial distribution of soil nutrients in mining area farmland is crucial for agricultural production and environmental management. However, few studies have reported the 3D spatial distribution of soil organic matter (SOM) in coal mining subsidence area. In our study, a sequential Gaussian simulation (SGS) algorithm was used to analyse the spatial distribution of SOM based on observations of 180 soil samples in the Zhaogu mine in China. The results showed that the SOM content had considerable variation in spatial distribution at different soil depths (0–20, 20–40, 40–60?cm) and decreased with the increase in soil depth. The spatial variability of surface organic matter was the largest, and the coefficient of variation was 29.38%, which was moderately mutated. The spatial distribution of SOM also varied among slope locations. The SOM content was higher upslope and downslope than on the middle slope. In addition, given a threshold, SGS can be used to calculate the probability that the organic matter content at any position is lower or higher than the given value. The research results provide a reference for land reclamation and precision agriculture.     

滩涂土壤有机质含量的反射光谱估算

Rapid determination of soil organic matter (SOM) using regression models based on soil reflectance spectral data serves an important function in precision agriculture. “deviation of arch”(DOA)-based regression and partial least squares regression (PLSR) are two popular modeling approaches to predict SOM. However, few studies have explored the accuracy of the DOA-based regression and PLSR models. Therefore, the DOA-based regression and PLSR were applied to the visible near-infrared (VNIR) spectra to estimate SOM content in the case of various dataset divisions. A two-fold cross-validation scheme was adopted and repeated 10 000 times for rigorous evaluation of the DOA-based models in comparison with the widely used PLSR model. Soil samples were collected for SOM analysis in the coastal area of northern Jiangsu Province, China. The results indicated that both modelling methods provided reasonable estimates of SOM, with PLSR outperforming DOA-based regression in general. However, the performance of PLSR for the validation dataset decreased more noticeably. Among the four DOA-based models, the linear model of the DOA provided the best estimation of SOM and a cutoff of SOM content (19.76 g kg^-1), and the performance for calibration and validation datasets was consistent. As the SOM content exceeded 19.76 g kg^-1, SOM became more effective in masking the spectral features of other soil properties to a certain extent. This work confirmed that reflectance spectroscopy combined with PLSR could serve as a non-destructive and cost-efficient way for rapid determination of SOM when hyperspectral data were available. The DOA-based model, which requires only 3 bands in the visible spectra, also provided SOM estimation with acceptable accuracy.     

艾比湖流域土壤有机质垂直空间变异特征

利用沿土壤深度方向的垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法研究了新疆艾比湖流域土壤有机质含量的垂直空间分布结构。结果表明:垂直滞后空间相关系数和经验正交函数分解方法能够有效分析空间区域土壤有机质垂直分布的相关性和空间异质性;垂直滞后空间正相关或负相关的集聚区域指示了相似或相反的有机质垂直分布模式,并且土壤有机质含量相关性随土层深度间隔增大而衰减;流域不同区域土壤有机质沿土层深度的垂直分布呈现分异特征,流域东部和西部地区有机质含量随土层深度增加而升高,但中部区域有机质含量随土层加深而降低,而且土壤有机质含量沿垂直方向递增或递减的速率在流域内亦表现出空间异质性。     

江苏省沭阳县农田土壤有机质和全氮的时空变异及其影响因素

在2011年土壤采样的基础上,参照1981年沭阳县二次土壤普查资料,对该县土壤有机质和全氮30年来的时空演变进行了分析,并进一步讨论了时空演变的自然和人为因素.结果表明:30年来,沭阳县农田耕层(0～20cm)土壤有机质和全氮均明显增加,2011年土壤有机质和全氮的平均含量分别为23.12 g/kg和1.36 g/kg,分别比1981年增加了12.15 g/kg和0.61 g/kg,平均增加速率达0.41 g/(kg·a)和0.02 g/(kg.a).2011年土壤有机质和全氮的整体空间分布格局与1981年相似,均呈现北部黏性土壤高而南部砂性土壤低、东部水田高西部旱地低的空间分布格局.土壤质地是造成这种时空变异最主要的结构性因素,而秸秆还田量的增加、土地利用方式的转化是30年来影响土壤有机质和全氮时空演变的主要人为随机性因素.     

基于土壤系统分类的河南省土壤有机质时空变异研究

利用1982年河南省第二次土壤普查数据和2009年采样数据,采用传统统计学、地统计学和地理信息系统（GIS）的方法,在土壤系统分类的基础上,对产粮大省河南省土类土壤有机质（SOM）含量时空变异特征进行了分析研究,揭示了不同土类SOM时空变异规律,并分析讨论了影响其时空变异的主要原因,对河南省不同土壤类型的合理施肥与养分调控具有指导和借鉴意义。结果表明：从1982年到2009年,河南省SOM含量均值由12.21g kg-1增加至16.02 g kg-1,增加了31.70%,变异系数分别为67.90%和35.52%。两个时期SOM变异函数均符合球状模型,块金效应值由56.10%变为60.18%,变程由569.05km变为547.22km,SOM含量空间自相关性变弱,自相关距离减小。河南省SOM自西向东逐渐增加,平原地区增加较多,而河南省南部、偏北部和西部山区地区有所减少;系统分类中的底锈干润雏形土、淡色潮湿雏形土、灌淤旱耕人为土、干润冲积新成土、干润砂质新成土、简育湿润变性土、简育湿润雏形土SOM平均含量从1982年到2009年有较大的提高,分别提高了5.76g kg-1、5.61g kg-1、5.56g kg-1、5.47g kg-1、5.42g kg-1、4.99g kg-1、3.05g kg-1,而湿润正常新成土和干润正常新成土SOM含量有所降低,分别降低了2.47g kg-1和1.90g kg-1。因成土母质、气候条件、土壤质地、土地利用方式和人为活动的影响使得河南省不同土类的SOM出现时间和空间上的差异。SOM含量增加的土类主要分布在平原耕地地区,秸秆还田以及有机肥的施入,使该区域SOM含量有较大程度的提高。     

黑河流域灰棕荒漠土种植耐旱牧草小冠花改土培肥效果的研究

在黑河流域的灰棕荒漠土上种植了耐旱牧草小冠花改土培肥效果明显,3年生小冠花与CK比较,0~20 cm土层中自然含水量增加73.93g kg-1、土壤贮水量增加67.17m3hm-2、>0.25mm团粒结构增加12.16%、总孔度增加10.94%、土壤容重降低0.29g cm-3;pH由8.15降到7.83,全盐含量降低1.72g kg-1,脱盐率达到58.70%;土壤有机质增加3.01g kg-1、速效N、P、K分别增加20.9 mg kg-1、5.7 mg kg-1、11.3 mg kg-1,CEC增加7.0 cmol kg-1。3年生小冠花平均株高85.4 cm,单株鲜重1074.2g,单株干重343.8g,鲜草产量72.5 t hm-2,干草产量23.2 t hm-2,产值0.93万元hm-2。